SINTESI E MATURAZIONE DEGLI RNA CELLULARI

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1 SINTESI E MATURAZIONE DEGLI RNA CELLULARI

2 PER TRASCRIZIONE SI INTENDE LA SINTESI DI UNA MOLECOLA DI RNA COMPLEMENTARE AD UNO STAMPO DI DNA.

3 GLI RNA CELLULARI SONO DISTINTI IN TRE PRINCIPALI CATEGORIE: RNA MESSAGGERI O mrna RNA DI TRASPORTO O trna RNA RIBOSOMALI O rrna QUESTE MOLECOLE COLLABORANO NEL CORSO DELLA SINTESI PROTEICA

4 FIGURA 5.8 GENES VII = 7.9 GENE VI

5 LA TRASCRIZIONE E CATALIZZATA DALLE RNA POLIMERASI DNA-DIPENDENTI.

6 FIGURA 3.4 GENOMI II

7 FIGURA 10.2 GENOMI II BOLLA DI TRASCRIZIONE (15-20 NUCLEOTIDI)

8 L ELICA SENSO E ANCHE DETTA FILAMENTO CODIFICANTE (NEL CASO DI GENI CODIFICANTI); L ELICA ANTISENSO E ANCHE DETTA FILAMENTO STAMPO. L RNA NEOSINTETIZZATO POSSIEDE LA STESSA SEQUENZA NUCLEOTIDICA DELL ELICA SENSO, FATTA ECCEZIONE PER LA PRESENZA DI U AL POSTO DI T. DNA RNA ELICA SENSO (+) ELICA ANTISENSO (-) TRASCRIZIONE (RNA POLIMERASI DNA- DIPENDENTE) (+)

9 FIGURA 5.1 GENES VII = 7.1 GENE VI

10 LE RNA POLIMERASI DNA-DIPENDENTI LEGGONO IL FILAMENTO STAMPO DEL DNA IN DIREZIONE 3 ->5 E POLIMERIZZANO IN DIREZIONE 5 ->3. NON NECESSITANO DI INNESCO. UTILIZZANO RIBONUCLEOTIDI 5 - TRIFOSFATO.

11 FIGURA 3.5 GENOMI II

12 LE RNA POLIMERASI RICONOSCONO LE REGIONI DEL GENOMA DA TRASCIVERE GRAZIE A SPECIFICI SEGNALI DI INIZIO E TERMINE DELLA TRASCRIZIONE, DENOMINATI PROMOTORI E TERMINATORI DELLA TRASCRIZIONE.

13 P T DNA

14 FIGURA 11.9 IL GENE VI

15 FIGURA 3.6 GENOMI II

16 GLI mrna SONO MOLECOLE DI RNA DOTATE DI UNA MODESTA STRUTTURA SECONDARIA CHE VEICOLANO AI RIBOSOMI LE INFORMAZIONI NECESSARIE ALLA SINTESI DELLE PROTEINE. LA LUNGHEZZA DEGLI mrna VARIA DA POCHE CENTINAIA A SVARIATE MIGLIAIA DI BASI, IN UNA CERTA MISURA IN DIPENDENZA DELLA LUNGHEZZA DELLA PROTEINA CODIFICATA.

17 LA SEQUENZA CODIFICANTE DI UN mrna E FORMATA DA UNA SERIE DI TRIPLETTE DI NUCLEOTIDI CIASCUNA DELLE QUALI SPECIFICA UN AMMINOACIDO. CIASCUNA TRIPLETTA E DEFINITA CODONE. LA SPECIFICA RELAZIONE CODONE/AMMINOACIDO E DEFINITA CODICE GENETICO.

18 FIGURA 3.20 GENOMI II

19 PROPRIETA FONDAMENTALI DEL CODICE GENETICO SONO: L UNIVERSALITA (IL CODICE E LO STESSO PER TUTTI GLI ORGANISMI, A PARTE RARE ECCEZIONI RELATIVE AI GENOMI MITOCONDRIALI) LA DEGENERAZIONE (CI SONO PIU CODONI CHE SPECIFICANO LO STESSO AMMINOACIDO)

20 LA PRIMA TRIPLETTA E QUASI SEMPRE UN AUG (CODONE DI INIZIO); L ULTIMA PUO ESSERE UN UAA, UAG O UGA (CODONI DI TERMINAZIONE).

21 OLTRE ALLA SEQUENZA CODIFICANTE, CIASCUN MESSAGGERO CONTIENE ANCHE REGIONI NON CODIFICANTI DETTE UTR (UNTRANSLATED REGIONS). 5 -UTR 3 -UTR AUG UAA, UAG O UGA SEQUENZA CODIFICANTE

22 IL PROCESSO DI TRASCRIZIONE PUO ESSERE SUDDIVISO IN TRE FASI: INIZIO, ALLUNGAMENTO E TERMINAZIONE. LA FASE DI INIZIO RIGUARDA IL LEGAME DELLA RNA POLIMERASI AL PROMOTORE E LA SUCCESSIVA FORMAZIONE DI UNA BOLLA DI TRASCRIZIONE. LA FASE DI ALLUNGAMENTO RIGUARDA LA SINTESI DELL RNA. LA FASE DI TERMINAZIONE RIGUARDA IL DISTACCO DELLA MOLECOLA DI RNA DALLO STAMPO DI DNA.

23 LA TRASCRIZIONE NEI PROCARIOTI

24 NEI PROCARIOTI LA TRASCRIZIONE DEI GENI CODIFICANTI GENERA mrna GIA FUNZIONALI CHE POSSONO ESSERE IMMEDIATAMENTE TRADOTTI. GLI mrna PROCARIOTICI INIZIANO INFATTI A SVOLGERE LA LORO FUNZIONE ANCORA PRIMA CHE LA LORO SINTESI SIA COMPLETATA (TRASCRIZIONE E TRADUZIONE AVVENGONO CONTEMPORANEAMENTE)

25 FIGURA 10.1 GENOMI II

26 FIGURA 5.13 GENES VII = 7.13 GENE VI

27 NEGLI EUCARIOTI I PRECURSORI DEGLI mrna SUBISCONO NEL NUCLEO UN COMPLESSO PROCESSO DI MATURAZIONE E POI SONO TRASFERITI NEL CITOPLASMA PER LA TRADUZIONE.

28 NEI PROCARIOTI UN UNICA RNA POLIMERASI TRASCRIVE TUTTI GLI RNA (NEGLI EUCARIOTI CI SONO INVECE TRE RNA POLIMERASI)

29 FIGURA IL GENE VI

30 FIGURA 11.4 IL GENE VI

31 FIGURA P. 279 GENOMI II

32 FIGURA 9.20 GENOMI II

33 FIGURA 9.17 GENOMI II

34 TABELLA 9.4 GENOMI II

35 L AFFINITA PER IL PROMOTORE DELLA RNA POLIMERASI DI E. COLI E RELATIVAMENTE ELEVATA. NELLA MAGGIOR PARTE DEI GENI PROCARIOTICI LA TRASCRIZIONE PUO AVVENIRE IN ASSENZA DI ALTRI FATTORI PROTEICI: LA RNA POLIMERASI SI LEGA DIRETTAMENTE AL PROMOTORE ED INIZIA A TRASCRIVERE. ESISTONO PERO PROMOTORI PIU O MENO EFFICIENTI, IN DIPENDENZA DELLA LORO SEQUENZA.

36 LA SPECIFICITA DI SEQUENZA DELLA RNA POLIMERASI DI E. COLI RISIEDE NELLA SUA SUBUNITA SIGMA. SUBITO DOPO L INIZIO DELLA TRASCRIZIONE LA SUBUNITA SIGMA SI DISSOCIA DALLA POLIMERASI.

37 FIGURA 10.2 GENOMI II CIRCA 8 BP DI IBRIDO

38 P T DNA

39 FIGURA 10.3 GENOMI II

40 FIGURA 10.4 GENOMI II RHO E UN ELICASI LA REGIONE RICCA IN A/T NON E PRESENTE

41 LE UNITA TRASCRIZIONALI PROCARIOTICHE SPESSO COMPRENDONO PIU DI UNA SEQUENZA CODIFICANTE. IN QUESTI CASI ESSE SONO DEFINITE OPERONI. L OPERONE COMPRENDE QUINDI UNA SERIE DI SEQUENZE CODIFICANTI ADIACENTI CHE SONO TRASCRITTE A PARTIRE DA UN SINGOLO PROMOTORE E QUINDI SOGGETTE ALLO STESSO REGIME REGOLATIVO. LE PROTEINE CODIFICATE FANNO SPESSO PARTE DI UN UNICA VIA METABOLICA.

42 FIGURA 5.14 GENES VII = 7.15 GENE VI

43 L OPERONE LATTOSIO O LAC COMPRENDE TRE GENI CODIFICANTI ENZIMI COINVOLTI NELL UTILIZZAZIONE DEL LATTOSIO.

44 FIGURA 2.20 GENOMI II

45 STRUTTURA TIPICA DI UN mrna PROCARIOTICO AUG (83%), GUG (14%) O UUG (3%) UAA, UAG O UGA SEQUENZA DI SHINE-DALGARNO NUCLEOTIDE 5 -TRIFOSFATO SEQUENZA CODIFICANTE

46 LA SEQUENZA DI SHINE-DALGARNO RAPPRESENTA IL SITO DI LEGAME PER IL RIBOSOMA. PER QUESTO E ANCHE DEFINITA RBS (RIBOSOME BINDING SITE). ESSA E POSTA DA 3 A 10 NUCLEOTIDI A MONTE DEL CODONE DI INIZIO ED IN E. COLI HA LA SEGUENTE SEQUENZA CONSENSO: AGGAGGU

47 FIGURA GENOMI II

48 LA RBS MEDIA L INTERAZIONE CON IL RIBOSOMA LEGANDO UNA SEQUENZA COMPLEMENTARE PRESENTE NELL RNA 16S DELLA SUBUNITA RIBOSOMALE MINORE. IN DEFINITIVA LA RBS INDICA AI RIBOSOMI IL CODONE DI INIZIO DELLA TRADUZIONE.

49 LA TRASCRIZIONE E MATURAZIONE DEGLI RNA EUCARIOTICI

50 NEGLI EUCARIOTI TRASCRIZIONE E TRADUZIONE SONO DUE EVENTI SEPARATI CHE AVVENGONO IN DUE DIVERSI COMPARTIMENTI CELLULARI: NUCLEO E CITOPLASMA.

51 VA INOLTRE EVIDENZIATO CHE NEGLI EUCARIOTI TUTTI GLI RNA SONO TRASCRITTI SOTTO FORMA DI PRECURSORI IMMATURI. I TRASCRITTI PRIMARI SUBISCONO INFATTI UNA COMPLESSA SERIE DI MODIFICHE POST-TRASCRIZIONALI CHE RENDONO LE MOLECOLE DI RNA CAPACI DI SVOLGERE LE LORO SPECIFICHE FUNZIONI. LE MODIFICHE PIU RILEVANTI RIGUARDANO I PRECURSORI DEGLI mrna CHE SUBISCONO IL CAPPING, LA POLIADENILAZIONE, LO SPLICING ED EVENTUALMENTE L RNA EDITING.

52 FIGURA 5.16 GENES VII = 7.14 GENE VI

53 NEI PROCARIOTI UN UNICA RNA POLIMERASI TRASCRIVE TUTTI GLI RNA. NEGLI EUCARIOTI CI SONO 3 RNA POLIMERASI: LE RNA POLIMERASI I, II, E III CHE TRASCRIVONO RISPETTIVAMENTE I GENI PER GLI RNA RIBOSOMALI, I GENI CODIFICANTI PROTEINE E I GENI PER GLI RNA DI TRASPORTO.

54 LA SPECIFICITA DI CIASCUNA RNA POLIMERASI PER UNA DETERMINATA CLASSE DI GENI DIPENDE DALLA NATURA DEI PROMOTORI.

55 FIGURA 9.18 GENOMI II TATA BOX PROMOTORE CORE

56 IL PROMOTORE CORE DELLA RNA POLIMERASI II COMPRENDE UNA TATA BOX CON SEQUENZA CONSENSO TATAWAW (W=A+T) POSTA IN POSIZIONE 25 ED UNA SEQUENZA INIZIATRICE (INR) CON SEQUENZA CONSENSO YYCARR LOCALIZZATA IN CORRISPONDENZA DEL SITO DI INIZIO DELLA TRASCRIZIONE (LA A RAPPRESENTA LA POSIZIONE +1). QUESTI DUE ELEMENTI SONO COMUNI ALLA MAGGIOR PARTE DEI GENI CODIFICANTI.

57 GLI ELEMENTI A MONTE DEL PROMOTORE CORE SONO INVECE DIVERSI DA GENE A GENE E RAPPRESENTANO IL PRESUPPOSTO PER LA REGOLAZIONE DELL ESPRESSIONE GENICA.

58 FIGURA 9.21 GENOMI II TF2D

59 FIGURA 10.8 GENOMI II

60

61 LA FASE DI ALLUNGAMENTO DELLA TRASCRIZIONE AVVIENE COME DESCRITTO IN COLI.

62 FIGURA 10.2 GENOMI II

63 FIGURA 5.16 GENES VII = 7.14 GENE VI

64 IL CAPPUCCIO O CAP SI FORMA SUBITO DOPO L INIZIO DELLA TRASCRIZIONE DELL RNA ED HA UNA STRUTTURA BASE FORMATA DA UNA MOLECOLA DI 7- METILGUANOSINA LEGATA TRAMITE UN PONTE TRIFOSFATO AL PRIMO NUCLEOTIDE DEL MESSAGGERO.

65 FIGURA 10.9 GENOMI II

66 NEGLI EUCARIOTI SUPERIORI ULTERIORI METILAZIONI DEL 2 -OH DEI NUCLEOTIDI SUCCESSIVI GENERA I CAP DI TIPO 1 E DI TIPO 2.

67 IL CAP RAPPRESENTA NEGLI EUCARIOTI IL SITO PRIMARIO DI LEGAME AL RIBOSOMA.

68 FIGURA 6.16 GENES VII

69 LA TERMINAZIONE DELLA TRASCRIZIONE DA PARTE DELLA RNA POLIMERASI II AVVIENE IN CORRISPONDENZA DEI SEGNALI DI POLIADENILAZIONE.

70 FIGURA 5.16 GENES VII = 7.14 GENE VI

71 LA CODA DI POLI(A) E FORMATA DA UNA SERIE DI ADENOSINE (FINO A 250) AGGIUNTE SUBITO DOPO LA FINE DELLA TRASCRIZIONE DALL ENZIMA POLI(A) POLIMERASI. IL POLI(A) MANCA IN ALCUNI MESSAGGERI TRA CUI QUELLI DEGLI ISTONI. LA CODA DI POLI(A) CONFERISCE STABILITA AL MESSAGGERO. INOLTRE ESSA PROBABILMENTE INTERVIENE NELLA FASE DI INIZIO DELLA TRADUZIONE, COLLABORANDO CON IL CAP.

72 FIGURA GENOMI II, MODIFICATA Filamento codificante del DNA AATAAA CA GT Trascrizione

73 LE SEQUENZE CODIFICANTI DEI GENI EUCARIOTICI SONO SPESSO INTERROTTE DA SEQUENZE NON CODIFICANTI DENOMINATE INTRONI

74 FIGURA GENOMI II GENE UMANO DELLA -GLOBINA

75 GLI INTRONI SONO TRASCRITTI INSIEME AGLI ESONI E SI RITROVANO QUINDI NEL TRASCRITTO PRIMARIO (PRE-mRNA). QUESTO SUBISCE POI UNA FORMA DI MATURAZIONE, DEFINITA SPICING, CHE RIMUOVE GLI INTRONI RISTABILENDO LA CONTINUITA DELLA SEQUENZA CODIFICANTE.

76 FIGURA 22.2 GENES VII = 30.2 IL GENE VI

77 NEGLI EUCARIOTI INFERIORI GLI INTRONI SONO POCO COMUNI: I 6000 GENI DEL LIEVITO CONTENGONO COMPLESSIVAMENTE 239 INTRONI, MENTRE MOLTI GENI DI MAMMIFERO CONTENGONO ANCHE PIU DI 50 INTRONI.

78 FIGURA 2.13 IL GENE VIII

79 TABELLA 10.3 GENOMI II

80 GLI ESONI SONO DI SOLITO BREVI ED IN GENERE CODIFICANO PER MENO DI 100 AMMINOACIDI.

81 FIGURA 2.15 IL GENE VIII

82 GLI INTRONI SONO BREVI NEGLI EUCARIOTI INFERIORI MA ARRIVANO FINO A DECINE DI KB NEGLI EUCARIOTI SUPERIORI.

83 FIGURA 2.16 IL GENE VIII

84 ORGANIZZAZIONE TIPICA DI UN GENE UMANO CODIFICANTE UNA PROTEINA DI 200 RESIDUI AMMINOACIDICI: 5 ESONI DA 120 BP INTERVALLATI DA 4 INTRONI DA 2000 BP.

85 NELLA MAGGIOR PARTE DEGLI INTRONI DEI PRE-mRNA, I PRIMI DUE NUCLEOTIDI SONO GU MENTRE GLI ULTIMI DUE SONO AG. QUESTI INTRONI SONO DEFINITI GU-AG.

86 FIGURA GENOMI II AG-GUAAGU YYYYYNCAG-

87 I PROCESSI DI SPLICING DEGLI INTRONI GU- AG SONO CATALIZZATI DA PICCOLE RIBONUCLEOPROTEINE NUCLEARI (snrnp) ASSOCIATE A FORMARE UNA STRUTTURA DEFINITA SPLICEOSOMA.

88 FIGURA GENOMI II

89 LO SPLICING AVVIENE ATTRAVERSO DUE REAZIONI DI TRANSESTERIFICAZIONE

90 FIGURA GENOMI II

91 FIGURA 1.7 GENOMI II, MODIFICATA OH PRIMA TRANSESTERIFICAZIONE OH A OH

92 GLI INTRONI GU-AG DEI PRE-mRNA SONO IN ASSOLUTO GLI INTRONI PIU COMUNI. I PREmRNA POSSONO PERO CONTENERE ANCHE INTRONI DI TIPO AU-AC CHE RICHIEDONO UN APPARATO DI SPLICING DIVERSO.

93 UNO STESSO PRE-mRNA PUO ANDARE INCONTRO IN TESSUTI DIVERSI A DIFFERENTI SCHEMI DI SPLICING. QUESTO FENOMENO E DEFINITO SPLICING ALTERNATIVO.

94 FIGURA GENOMI N C N C

95 LO SPLICING ALTERNATIVO PERMETTE CHE UN SINGOLO GENE DIA ORIGINE A VARI mrna E QUINDI A VARIE PROTEINE. QUESTO FENOMENO CONSENTE QUINDI AMPLIARE LA GAMMA DI PROTEINE CHE UN ORGANISMO EUCARIOTE PUO PRODURRE CON UN NUMERO LIMITATO DI GENI.

96 TABELLA 2.1 GENOMI II

97 UN ULTERIORE FONTE DI VARIABILITA DEL PROTEOMA E RAPPRESENTATA DALL RNA EDITING. QUESTO PROCESSO CONSISTE IN UNA MODIFICA CHIMICA MIRATA DEL PREmRNA CHE NE MODIFICA LE PROPRIETA CODIFICANTI.

98 FIGURA 3.8A GENOMI II

99 TABELLA 10.6 GENOMI II

100 DEAMMINAZIONE

101 IL GENE UMANO DELL APOLIPOPROTEINA B E ESPRESSO SIA NEL FEGATO CHE NELL INTESTINO DOVE DIRIGE LA SINTESI DI DUE PROTEINE DIVERSE.

102 FIGURA GENOMI II GLU STOP

103 PROCARIOTI: 1 GENE 1 RNA MESSAGGERO 1 PROTEINA EUCARIOTI: 1 GENE 1 TRASCRITTO PRIMARIO MOLTEPLICI RNA MESSAGGERI (PER EFFETTO DI SPLICING ALTERNATIVO ED EDITING) MOLTEPLICI PROTEINE.

104 STRUTTURA TIPICA DI UN mrna EUCARIOTICO AUG UAA, UAG O UGA CAPPUCCIO O CAP SEQUENZA DI KOZAK SEQUENZA CODIFICANTE POLI(A) SEGNALE DI POLIADENILAZIONE SITI DI LEGAME PER I MICRORNA

105 LA SEQUENZA CONSENSO DI KOZAK RAPPRESENTA IL SITO SECONDARIO DI LEGAME AL RIBOSOMA. ESSA SI SOVRAPPONE AL CODONE DI INIZIO ED E CARATTERIZZATA DALLE SEGUENTI BASI: ACCAUGG

106 FIGURA 6.16 GENES VII = 8.17 GENE VI